如何在國內現有的鍛造條件基礎上實現自動化

文／于勇·濰坊西水自動化設備有限公司

如何在國內現有的鍛造條件基礎上實現自動化

文／于勇·濰坊西水自動化設備有限公司

于勇，總經理，高級工程師，主要從事自動化在國內各個行業的應用研發工作。

鍛造企業實施自動化生產的必要性

對于鍛造企業來說，自動化生產與傳統的人工生產方式相比在以下幾方面都占有比較明顯的優勢。

現場工作環境

⑴傳統的鍛造車間(圖1）：溫度高，環境差，工人勞動強度大，操作造成的工傷事故頻繁發生，這是每個鍛造企業管理者最不愿意看到的事情，卻也是鍛造企業急需要解決的問題。如何降低生產成本、工人的勞動強度、工傷事故發生的頻率甚至于避免事故的發生，已經成為鍛造企業管理者必須深思的重要問題之一。隨著社會的發展，尤其是工人自我意識的提高，勞動力將會成為鍛造企業的稀缺資源之一。

圖1 傳統的鍛造車間

⑵自動化鍛造車間(圖2）：不僅把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環境中解放出來，解決了人員緊缺的狀況，而且利用自動化裝置擴展了人的器官功能，極大地提高了勞動生產率，增強了人類認識世界和改造世界的能力。

生產產量、產品質量的穩定性

⑴傳統的鍛造車間里，影響生產產量、產品質量的主要是設備、模具以及人為因素等，特別是生產產量，受鍛造工人熟練程度的影響非常之大。

圖2 自動化鍛造車間

⑵自動化鍛造車間里僅有設備和模具，它們成為了影響生產產量、產品質量的關鍵因素，相比于人來說，這兩者是比較可控的，畢竟更換一個零件或者維修一臺設備遠比控制一個人要簡單得多。

生產面貌

⑴傳統的鍛造車間，工作環境惡劣，加上石墨乳類脫模劑的使用等，都使得車間的生產面貌變得非常糟糕。

元宵節是我國的傳統節日之一。元宵之夜，大街小巷張燈結彩，人們點起萬盞花燈，攜親伴友出門賞燈，早已成為我們的傳統習俗。時代雖然在快速地發展，但這些傳統文化依舊是人們心中割舍不斷的情愫。

⑵自動化鍛造車間，操作人員的數量及流動性減少了，車間布局規范統一，整體感強烈，車間生產面貌干凈、整齊。

調整生產時間，降低生產成本

鍛造企業毋庸置疑都是用電大戶，根據現行的電力階梯定價機制，高峰期和低谷期電價相差甚遠，鍛造企業為了節省成本會選擇在夜晚用電低谷期加班生產產品。采用傳統的人工生產方式，此時經常會存在工人不愿加夜班、要求加薪、夜班不安全、夜班工作效率差等情況；而采用自動化生產方式后，只需要打開電源開關，自動化裝置就可以照常生產，不僅生產成本降低了，而且安全，效率還和白班一致。相比于人工生產方式，自動化生產方式單單在電力成本這一項上一年積累下來節省的資金也是非常可觀的，有時甚至能把購買自動化設備的成本節約出來。

概括起來，鍛造企業實施自動化生產有以下幾大必要性：⑴解決用工難問題；⑵解決工人不愿加班的問題；⑶降低生產成本；⑷減少工傷事故的發生；⑸生產效率穩定，便于生產管理；⑹無需進行培訓。

自動化生產與人工生產的區別

上面我們說到了鍛造企業實施自動化生產的必要性，那自動化生產和人工生產在鍛造車間實施的時候又有哪些區別呢？筆者認為，區別主要體現在以下幾個方面。

靈活生產方面

自動化設備，例如機器人，完成的技術動作難度再高，也難等同于人，因為畢竟它也只是一種設備，無法獨立思考，也無法根據周圍不同的情況來調整自身的工作方式。工人在生產時，能夠時刻觀察設備的情況、工件的狀態及周邊環境的變化，可以在安全的前提下無限地配合周邊設備的運行，根據設備的布局情況進行靈活生產；而機器人固定后就只能在自己的工作范圍內進行工作，即使加裝了滑軌，也只是在某一個方向和距離上增加了一維的靈活度而已。

下面就以鏈軌節的熱模鍛生產為例來介紹一下人工生產和自動化生產在生產的靈活性方面的區別：

圖3 傳統的人工生產方式

⑵如圖4所示，在自動化生產時，機器人要等到上滑塊返回到上死點，鍛壓機給出信號后才會進入模間進行工件的搬移，搬移工作完成后再返回信號給鍛壓機，鍛壓機接收到信號后才能再次進行工作。

兩者的區別在于：⑴機器人工作的時候，鍛壓機需要等待，而工人操作時，可能不需要等待，機器人生產節拍相對要慢一些；⑵工人直接通過眼睛看到產品的狀態、鍛壓機的狀態等，而機器人需要加裝信號的收集裝置，例如行程開關等。

圖4 自動化生產方式

與鍛壓機、加熱爐等其他設備的配合方面

上面講述了機器人與人在生產的靈活安排方面的區別，其實在與鍛壓機、加熱爐以及其他設備的配合方面機器人也同樣存在類似的問題。在現有的人工生產線上，我們對設備的要求不是很高，更多的是從能否生產出優良的產品、可靠性是否足夠等方面來進行考察；但是如果采用自動化生產方式，那么設備的布局、設備的控制系統、信號的傳輸標準、信號的采集、設備之間的干涉等，這些都會成為兩者之間的技術區別，而這些區別往往也是最后決定該套自動化系統成敗的關鍵因素之一。

與工藝、模具的配合方面

鍛造任何產品，首先確認的是工藝，工藝是貫徹其中的靈魂，只有工藝確定了，那么模具、設備包括自動化裝置才能確認。由此也可以看出，在討論工藝、模具的時候，需要將自動化裝置考慮在內。

在很多項目特別是老式生產線的改造中，人工生產與自動化生產兩種生產方式在這方面的區別就體現得非常明顯。例如汽車連桿的生產，在人工生產中，為了加快生產節拍，充分利用鍛壓機的擊打能量，常采用一模兩件的工藝來進行生產，并且對模具的頂桿沒有精確的要求，只要能夠頂松動工件就可以；但是在自動化生產時，由于夾持產品的抓手設計得比較復雜，體積龐大，因此受限于狹小的工作空間，生產工藝需要變更為一模一件，并且對頂桿的要求也更為精確，不僅需要有一定的頂出高度，而且頂桿的位置、運行也都要有可控性。

其他方面

除了上面所講述的這些區別之外，兩種生產方式還有一些細節方面的區別，這些區別也是造成自動化系統成敗的因素之一。例如粘模，特別是工件粘在上模上，這對人工生產來說不是什么大問題，但是對于自動化生產來說，這卻是一個非常關鍵且必須要解決的問題。

實現自動化的難點

筆者認為，在國內鍛造企業的現有條件下實現自動化的難點主要有以下兩個。

行業整體現狀的制約

與國外工業發達國家相比，我們國內鍛造行業的現狀是鍛造企業數量多、規模小，所生產的產品種類多、數量少。國外工業發達國家的很多鍛造企業，它們的車間內基本上都實現了自動化生產，但是對于我們國內的鍛造企業來說，現在只是部分產品實現了自動化生產。試想一下，一條自動化生產線如果每天都要拿出很多時間來換模、調整設備、調整自動化裝置，那么生產線每天的利用率與鍛造企業為此而投入的成本，看上去就會顯得極不對稱。不過我們可以結合自身的情況走適合我國國情的發展之路，例如當有一個單類的產品量比較多、能夠滿足一條自動化生產線的生產規模時，我們就可以實現這單獨一條生產線的自動化，而不是整個車間、整個企業的自動化。

圖5 自動化系統設計與實際生產的關系

技術難關

⑴要保證足夠的生產線開機率(利用率）。如果鍛壓機或者某一臺設備的故障率比較高，那么整條生產線的利用率就會比較低，這時投資自動化的價值就沒有了。

⑵如圖5所示，自動化系統設計中的各個項目與實際生產中的各項工作是緊密相關的，要想自動化生產能夠正常、順利地進行，就必須要保證自動化裝置與鍛壓機、加熱爐、模具等之間的配合順暢。

個性化解決方案的實施

前面講到了我國鍛造企業的現狀，那如何在這個現狀的基礎上實現自動化生產呢？現實生產中要根據實際情況的不同進行不同的處理，不能一概而論。

產品單一、穩定的大型熱模鍛壓力機自動化生產線

例如6300t轎車曲軸熱模鍛生產線，這樣的生產線大都是新式的生產線，設計起點高，很多問題在設計之初就有一個全面的整體設計思路，工藝、設備、模具、控制、布局等一切都是以整線的自動化生產為目的進行設計的，對于這樣的生產線，僅根據國內的實際情況在控制部分和細節部分做一些改進即可。例如在控制部分，不僅像國外的系統一樣采用以太網或者總線的方式，而且在這種控制方式下把每一臺主機與其周邊的機器人都作為一個獨立的站點嵌入到整線的控制里，這樣當某一臺設備出現故障報警的時候，就會根據報警的優先級，有選擇地停止每個站點的運行。

單站式或者小型自動化生產線，半自動化生產線

現在的用工難問題，不僅存在于大型企業中，在一些中小型企業里更是顯得突出。中小型企業受限于資金，采購能力不是很強，設備的更新速度慢，而此時投資小、能解決實際問題的單站式自動化生產線，局部式自動化生產線，甚至自動化與半自動化搭配的生產線便成了這些中小企業的選擇。例如：在主要設備處實現單站式自動化，在主設備處采用機器人和專機組合的形式，而其他設備處只采用專機。每個企業可以根據自己企業的實際情況，選擇最適合自己的、性價比更高的自動化方案。

結束語

根據每個企業不同的生產情況，針對細節，實施不同的個性化解決方案，不僅實用性、適用性更強，而且還有助于解決當前鍛造企業面臨的用工難問題，希望我們的工作能夠為國內鍛造行業的發展提供一些有益的幫助！